Produção de Glutationa por Saccharomyces cerevisiae utilizando coproduto industrial e sob ação de campos magnéticos

Abstract

A glutationa (GSH) é um tripeptídeo composto por ácido glutâmico, L-cisteína e glicina, sendo sua principal função atuar como antioxidante. Com a descoberta de mais funções e propriedades, este composto tornou-se de interesse nas indústrias de aditivos para alimentos, cosméticos e fármacos. A GSH é um produto intracelular em Saccharomyces cerevisiae, podendo seu conteúdo ser aumentado através da estimulação da síntese com a aplicação de campos magnéticos (CM). Em sistemas biológicos pode ocorrer efeito estimulante, inibitório ou nulo na produção de biocompostos decorrente desta aplicação. Além do mais, a redução do custo do processo com o uso de soro de leite torna-se viável, em virtude da grande produção e da sua composição rica em nutrientes. O objetivo deste estudo foi a produção de glutationa por Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754, avaliando a influência da aplicação de campos magnéticos e a adição de soro de leite ao meio de cultivo submerso. O acompanhamento das fermentações foi feito com determinações de pH, concentração celular, de glicose e de GSH. Nos frascos Erlenmeyer (250 mL) foi feito um delineamento composto central rotacional 22, sendo estudados as concentrações de extrato de levedura (10 a 50 g L-1) e de soro de leite (5 a 20 %) no meio de cultivo. As condições de fermentação foram 20ºC, 300 rpm, 5 % (v v-1) de inóculo, pH inicial 5,0, durante 96 h e adição após 32 h de fermentação de 4 mmol L-1 de cada um dos aminoácidos precursores da GSH (cisteína, ácido glutâmico e glicina). De acordo com os resultados obtidos nos ensaios em frascos Erlenmeyer, as melhores concentrações dos substratos proteicos no meio de crescimento foram obtidos utilizando 45 g L-1 de extrato de levedura e 18 % de soro de leite para a concentração celular, com 20,4 g L-1 após 96 h e 40 g L-1 de extrato de levedura e 18 % de soro de leite para a concentração de GSH, com 329,8 mg L-1 após 72 h. No fermentador de bancada (5 L) foram realizados as fermentações com aplicação de CM de 31,7 mT, a fim de avaliar a influência dos CM na produção de GSH por S. cerevisiae. Para tal, foram feitas três fermentações variando o período da aplicação do CM: no tempo de 0 a 24 h, de 24 a 48 h e 48 a 72 h de fermentação e uma fermentação controle, sem a aplicação de CM. As condições de fermentação foram as mesmas realizadas em frascos Erlenmeyer, porém, com base no melhor resultado de concentração de GSH, no fermentador de bancada o tempo de fermentação foi 72 h e aeração de 1,0 vvm. De acordo com os resultados desta etapa, as maiores concentrações celular (26,9 g L-1) e de GSH (474,4 mg L-1) foram obtidas após 72 h quando o CM foi aplicado no período de 24 a 48 h de fermentação com aumento de 19,5 e 35,7 %, respectivamente em relação ao ensaio controle. A produção de GSH a partir de S. cerevisiae ATCC 7754, enriquecendo o meio de fermentação com soro de leite como substrato proteico, juntamente com a aplicação de CM, promoveu estimulação na síntese de GSH.

Glutathione (GSH) is a tripeptide consisting of L-glutamate, L-cysteine and glycine. Its major role is to act as an antioxidant. After the discovery of more functions and properties, it drew the attention of additive, cosmetic and pharmaceutical industries. GSH, which is an intracellular product in Saccharomyces cerevisiae, can have its content increased by having its synthesis stimulated by magnetic field (MF) application. In biological systems, a stimulating, inhibitory or null effect may occurred in the production of biocompounds. Moreover, reduction in the process cost with the use of whey becomes viable due to the large production and its composition, which is rich in nutrients. Therefore, this study aimed at producing GSH with the use of S. cerevisiae ATCC 7754 and evaluating the influence of the MF application and the addition of whey to submerged medium. Along the fermentation process, pH, cell concentration, glucose and GSH measurements were carried out. A Central Composite Rotatable Design 22 was conducted in Erlemeyer flasks (250 mL) to study the effects of concentrations of yeast extract (10 to 50 g L-1) and whey (5 to 20 %) on the submerged medium. Fermentation conditions were 20°C, 300 rpm, 5 % (v v-1) inoculum, initial pH 5.0, for 96 h. After 32 h, 4 mmol L-1 of each of GSH precursor aminoacids (cysteine, L-glutamate and glycine) were added. Results obtained in Erlenmeyer flasks showed that the best concentration of protein substrate in the medium was 45 g L-1 yeast extract and 18 % whey in the case of cell concentration (20.4 g L-1 after 96 h). However, regarding the GSH concentration (329.8 mg L-1 after 72 h), the best concentration was 40 g L-1 yeast extract and 18 % whey. In the bioreactor (5 L) fermentations with MF application (31.7 mT) were carried out to evaluate the influence of the MF. Therefore, three fermentation processes were conducted with varied time periods of MF: from 0 to 24 h, from 24 to 48 and from 48 h to 72 h, besides a control fermentation with no MF application. Fermentation conditions were the same as the ones used in Erlenmeyer flasks. However, based on the best GSH concentration result, 72 h was chosen the fermentation time and 1.0 vvm aeration in bioreactor assays. Results showed that the highest cell concentration (26.9 g L-1) and GSH concentration (474.4 mg L-1) were reached after 72 h, when the MF was applied from 24 to 48 h, with an increase of 19.5 and 35.7 %, respectively, by comparison with the control fermentation. GSH production with the use of S. cerevisiae ATCC 7754, in the culture medium with whey as protein substrate, besides the MF application, led to an increase in GSH synthesis.